CN2671026Y - 嵌入式测控系统开发平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于32位微处理器开发嵌入式测控系统的嵌入式测控系统开发平台。它采用CPU核心电路板和外设电路板双板结构,具有硬件构造的开放性和灵活性,并为应用软件提供了充分的可设计空间。硬件框架由CPU核心模块和与CPU核心模块相连的相互独立的功能模块组成。这些功能模块包括:测控模块、通讯模块、人机对话设备控制模块、产生实时时间和用于参数存储的辅助应用模块等。另外设计了包括放大、变换、输出驱动等电路的开放式扩展区,用于系统与前端传感器信号和后端输出设备匹配等用途的进一步电路扩展。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种基于32位微处理器,开发嵌入式测控系统的嵌入式测控系统开发平台。
二、背景技术
现有嵌入式系统开发平台,是主要以学习嵌入式系统软件为主要目的的通用装置。该装置采用单板结构,将32位CPU、存储器、以太网接口、RS232串行通讯接口、USB接口等集成在一块电路板上。因电路板面积小、集成的器件多,在仿真过程中对硬件测试较为困难;该装置没有设计测量控制部件,无法直接进行测量控制应用的开发,限制了嵌入式系统开发平台在测控领域开发中的应用;该装置也没有设计产生实时时间和用于参数存储的部件,而它们对于一个实用的嵌入式测控系统往往是不可缺少的。
三、发明内容
本实用新型的发明目的在于克服上述背景技术中的不足之处,提供一种基于32位微处理器的嵌入式测控系统开发平台,它采用CPU核心电路板和外设电路板双板结构,具有硬件构造的开放性和灵活性,也便于CPU的升级。该装置设计有测量控制部件,可直接进行测量控制应用的开发,支持嵌入式测控系统的应用开发;该装置设计有产生实时时间和用于参数存储的部件,以便于构成一个实用的嵌入式测控系统。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术解决方案如下:一种基于32位微处理器开发嵌入式测控系统的嵌入式测控系统开发平台,包括CPU核心模块、测控模块、通讯模块、人机对话设备控制模块、产生实时时间及用于参数存储的辅助应用模块组成。其特征在于:采用双电路板结构,CPU核心模块为一块电路板,其它模块在另一块电路板上。
上述CPU核心模块是由32位微处理器、4M×16动态RAM、1M×16闪烁存储器组成的32位嵌入式基本系统。
上述测控模块由AD转换器、DA转换器、I/O扩展芯片及其外围电路组成,其中,AD转换器包括串行AD和并行AD转换器,DA转换器是串行DA转换器,I/O扩展芯片是串行接口I/O扩展芯片。串行AD转换器、串行DA转换器和串行接口I/O扩展芯片与CPU的SPI接口相连,并行AD转换器与CPU的数据总线相连。
上述通讯模块由以太网接口芯片、RS232串行通讯接口芯片、USB接口芯片以及外围电路组成。以太网接口芯片的地址总线和数据总线与CPU的地址和数据总线相连,它通过一个隔离变压器与RJ45连接器相连。RS232串行通讯接口芯片连接CPU的UART端口与DB-9连接器。USB接口芯片与CPU的数据总线、地址总线和控制总线相连。
上述人机对话设备控制模块由18线的LCD显示器和LED显示键盘接口芯片组成。LCD显示器的引脚与CPU的LCD控制器端口相连。LED显示键盘接口芯片的一端接至CPU的SPI接口,另一端连接LED数码管显示器和键盘。
上述产生实时时间及用于参数存储的辅助应用模块使用串行EEPROM芯片,它与CPU的SPI接口相连。
上述CPU核心模块的数据总线、控制总线连接至包括含放大、变换、输出驱动等电路的开放式扩展区,其它功能模块中的模拟量I/O线、数字量I/O线也连接至此扩展区。
与现有技术相比,本实用新型具有的优点和效果如下:
1提供一种基于32位微处理器的嵌入式测控系统开发平台,它采用CPU核心电路板和外设电路板双板结构,具有硬件构造的开放性和灵活性,也便于CPU的升级;
2该装置设计有测量控制部件,可直接进行测量控制应用的开发,支持嵌入式测控系统的应用开发;
3该装置设计有产生实时时间和用于参数存储的部件,以便于构成一个实用的嵌入式测控系统。
四、附图说明
图1 本实用新型的结构示意图;
图2 本实用新型的结构框图;
图3 CPU核心模块电路图;
图4 CPU核心模块与其它相互独立的功能模块连接图;
图5 以太网接口、RS232串行通讯接口及LCD图形显示接口电路图;
图6 A/D、D/A、I/O及EEPROM测量控制接口电路图;
图7 16键键盘和6位LED数码管显示电路图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明:
如图1和图2,以“MC68EZ328”为中心的CPU核心模块101是由32位微处理器(MC68EZ328或MC68VZ328)、4M×16动态RAM(K4E661612D)、1M×16闪烁存储器(HY29LV800)组成的32位嵌入式基本系统,它们组成一块电路板。该单元中固化了嵌入式Linux内核和文件系统,它主要具有管理系统平台和总线,读写功能模块内容,控制时序等功能。与“MC68EZ328”CPU核心模块101相连接的测控模块、通讯模块、人机对话设备控制模块、产生实时时间及用于参数存储的辅助应用模块等位于另一块电路板上,包括:USB接口单元201,用来连接测控系统的USB外部设备;以太网接口单元202,用来将测控系统连接到内部局域网或外部Internet上;RS232接口单元203,用来对测控系统的软件进行开发和调试;电源电路204,提供本开发平台电源;系统扩展区205、207,实现系统输入被测信号的调理和输出控制信号的驱动以及各种测量控制任务的扩展;测量控制模块206;LCD显示单元208;6位数码管电路209以及16键的键盘电路210等主要单元电路。每个单元电路的测量信号输入端,控制信号输出端均以接线端子预留,同时数据、地址、控制三总线接入到“MC68EZ328”CPU核心模块,由CPU对其输入/输出进行控制。
图3 给出了基本系统组成:存储器包括两片单电源擦写512K×16位数据宽度的FLASH,共2M字节,占用片选CSA0/CSA1。一片4M×16位数据宽度的EDO DRAM(Extended Data Output DRAM,扩展数据输出动态存储器)占用CSC0/CSD0/CSD1。FLASH和DRAM的A0地址线直接选中字地址,应将A0接至MC68EZ328的A1。K4E661612D(EDO DRAM)选址方式为13行×9列,是行列地址分时复用(行地址在前,列地址在后)的,使用13根地址线,即A0-A12,应将它们分别接至MC68EZ328的A1-A13。
图4 则给出了CPU核心模块与其它相互独立的功能模块连接图,MC68EZ328是MC68EC000内核32位处理器、智能外设模块和典型系统接口逻辑的组合。MC68EC000 32位处理器体系结构提供了32位地址线,16位数据线;16个32位的数据和地址寄存器;共四组八个片选信号,片选信号CSA0作为引导设备的片选,用于连接系统引导用ROM或者FLASH。片选信号CSC0、CSC1和CSD0、CSD1可编程为DRAM专用的片选信号,内部有完整的DRAM控制模块。总线接口信号主要有:数据总线16条,地址总线24条,以及专用控制信号,如LCD、SPI、UART等。大多总线信号都与通用的I/O口复用,共有7个多功能可设置的并行端口,所有端口都可以设置内部上拉或者下拉,I/O端口通过内部寄存器编程选择。
图5 以太网接口、RS232串行通讯接口及LCD图形显示接口电路图中主要由CS8900A工业用以太网控制器组成10M以太网接口。在BOOTSTRAP模式下该接口用来下载程序,烧写FLASH;在NORMAL模式下,则可用来进行各种网络通信。该接口占用了CPU外部中断5,即IRQ5。MC68EZ328与CS8900A-CQ3的字节序不一样,前者用Big Endian,后者则用Little Endian(即高字节位于高地址,低字节位于低地址),电路中通过硬件来实现交换,即MC68EZ328的D8-D15接CS8900A的SDO-SD7,MC68EZ328的D0-D7接CS8900A的SD8-SD15。CS8900A映射至20位地址空间,限制在1M字节地址空间,CS8900A的复位端RESET为高电平有效。CS8900A与RJ45网络插座通过隔离变压器相连,对于电源3.3V的CS8900A,要求与其匹配的隔离变压器的扎数比必须为1∶2.5(TXD)和1∶1(RXD)。在RS232串行通讯接口中MAX232芯片完成TTL←→EIA双向电平转换,它连接MC68EZ328的UART与DB-9连接器,电路中已经做了收发线交换,可以直接与PC的COM1或COM2口相连,TXD和RXD用于发送和接收数据,CTS和RTS则用于实现串行通讯中的传输控制。
LCD显示模块采用PDA160160,是一160×160点阵的图形液晶显示模块,采用EL(场致发光)背光,蓝绿色,为FSTN白底黑字或黑底白字的显示形式。MC68EZ328对通用LCD有着良好的支持,无需单独配备显示存储器,数据通过周期性DMA传输方式直接从系统内存(即DRAM)中存取,其起始地址在寄存器LSSA(LCD Screen Starting Address)中设定,该电路设置在0×400处,安排在中断向量表(占据DRAM前1K字节)之后。LCD控制器内的队列缓冲在DMA时钟周期内将显示数据从内存中读出来,并将其送入光标逻辑模块。输入与较快的DMA时钟同步,而输出则与相对较慢的LCD像素时钟同步。图像存储模式为1-bit模式,即每个像素占用1位,每字节可存储8个像素。LCD数据线为4位,LCD显示模块共支持16个灰度级,可通过寄存器LGPMR来选用,其中全黑全白两级必选。LCD的对比度可用8比特PWM(脉冲宽度调制器)来调节。电路中LCD与MC68EZ328通过一个18线的带状电缆插座相连接。其各引脚的定义为:1)GND(VSS):信号地;2)LFLM(FLM):LCD帧起始标识信号,即帧脉冲,直接从CPU引出;3)LLP(CL1):数据锁存脉冲,即行脉冲,低跳变时有效,直接从CPU引出;4)LCLK(CL2):数据移位脉冲,即位脉冲,低跳变时有效,直接从CPU引出;5)LACD(M):液晶电极极性翻转信号;6)3.3V(VDD):逻辑电源;7)EL-ON:EL背光开关信号,接PDO,并通过10K电阻接地;8)LCD-VEE:LCD电源,由配套的电源模块提供(-14.5V左右);9)LD3(D3):以下四位为LCD数据线;10)LD2(D2);11)LD1(D1);12)LDO(D0);13)LEFT(TP_L):触摸屏左移信号;14)UPPER(TP_U):触摸屏上移信号;15)RIGHT(TP_R):触摸屏右移信号;16)DOWN(TP_D):触摸屏下移信号;17)GND(VSS):信号地;18)GND(VSS):信号地。
图6 A/D、D/A、I/O及EEPROM测量控制模块电路,由SPI器件串行ADC(AD7706)、串行DAC(AD5320)、串行EEPROM(X5045)、串行I/O扩展芯片(MAX6957)和并行ADC(AD7492)组成本平台的测量控制模块。AD7706是用于低频测量的3通道16位串行A/D转换器。它利用∑-Δ技术,可以直接接收来自传感器的低电平信号,然后产生串行数字输出。AD5320是微功耗满幅度12位串行D/A转换器。它的串行时钟速率可高达30MHZ,由电源电压作为基准,可提供最宽的动态输出范围。AD7492是低功耗单通道12位高速并行A/D转换器。它的转换速率可高达1.25MSPS,使用内部基准电压和内部时钟,优化了印刷电路板空间。X5045是512K×8位可编程EEPROM,可与三线SPI接口兼容。一片X5045包含三个功能:看门狗时钟,电压管理和EEPROM。MAX6957带有20/28个GPIO端口,每个端口可被设置为输入口、输出口或用作共阳极LED的段驱动。可方便的用于I/O口的扩展。根据SPI协议,当/CS为高电平时,即SPI芯片未选中时,其输出端必须处于高阻态,否则多个SPI芯片不能协调工作。对于没有三态输出控制的SPI芯片,必须专门设计三态缓冲电路,图6中由于SPI芯片MAX6957内部不带三态门,它的Dout端经过三态门74LS125再与MC68EZ328的SRXD相接,而AD7706则可直接连接。
图7 16键键盘和6位LED数码显示电路图,MAX6954是串行LED显示和键盘接口电路,它最多可驱动16个7段(或8个14段/16段)单色共阴极LED。它还带有5根I/O扩展线,最多可接32个键(4行×8列键盘)。串行时钟速率可高达26MHZ。图7电路中扩展了6位数码管和16键键盘,如同图6中的SPI芯片MAX6957,MAX6954是没有三态输出控制的SPI芯片,其Dout端经过74LS125三态门与MC68EZ328的SRXD相接。
本实用新型可支持的开发项目有:(1)存储器扩展;(2)SPI总线器件扩展;(3)并行A/D(AD7492)扩展;(4)串行→并行I/O扩展;(5)USB接口扩展;(6)LCD图形用户界面扩展;(7)LED数码管电路、键盘电路扩展;(8)引导装载程序设计;(9)驱动程序设计;(10)应用程序设计。以测量控制模块中D/A转换输出的实现为例,AD5320是单通道12位电压输出数/模转换器,它采用3线串行接口,可以与SPI接口兼容。AD5320仅包含6个引脚,与串行接口相关的有:DIN(串行数据输入端)、SCLK(串行时钟输入端)、SYNC(输入控制端,低电平有效,相当于片选)。AD5320的内部带有一个16位的输入移位寄存器:D15和D14任意、D13和D12是工作方式选择位(00是正常方式,01和10是掉电方式,11是三态)、D11-D0是要转换的数据。只能对AD5320进行写操作,用MC68EZ328的标准SPI接口扩展AD5320,参见图6,其基本操作过程是:MC68EZ328片选初始化,AD5320的片选有效,打开并设置MC68EZ328的SPI控制器,MC68EZ328将要转换的数据通过SPI接口传送给AD5320,AD5320的片选无效,关闭MC68EZ328的SPI控制器,AD5320经数/模转换后输出与该数据对应的电压量。
Claims (1)
1、一种嵌入式测控系统开发平台,包括CPU核心模块、测控模块、通讯模块、人机对话设备控制模块、产生实时时间及用于参数存储的辅助应用模块,其特征在于:采用双电路板结构,CPU核心模块为一块电路板,其它模块在另一块电路板上;
上述CPU核心模块是由32位微处理器、4M×16动态RAM、1M×16闪烁存储器组成的32位嵌入式基本系统;
上述测控模块由AD转换器、DA转换器、I/O扩展芯片及其外围电路组成,其中,AD转换器包括串行AD和并行AD转换器,DA转换器是串行DA转换器,I/O扩展芯片是串行接口I/O扩展芯片,串行AD转换器、串行DA转换器和串行接口I/O扩展芯片与CPU的SPI接口相连,并行AD转换器与CPU的数据总线相连;
上述通讯模块由以太网接口芯片、RS232串行通讯接口芯片、USB接口芯片以及外围电路组成,以太网接口芯片的地址总线和数据总线与CPU的地址和数据总线相连,它通过一个隔离变压器与RJ45连接器相连,RS232串行通讯接口芯片连接CPU的UART端口与DB-9连接器,USB接口芯片与CPU的数据总线、地址总线和控制总线相连;
上述人机对话设备控制模块由18线的LCD显示器和LED显示键盘接口芯片组成,LCD显示器的引脚与CPU的LCD控制器端口相连,LED显示键盘接口芯片的一端接至CPU的SPI接口,另一端连接LED数码管显示器和键盘;
上述产生实时时间及用于参数存储的辅助应用模块使用串行EEPROM芯片,它与CPU的SPI接口相连。
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